JP2011020004A - Method for producing microstructure, and microreactor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a microstructure, in which the microstructure which has the desired particle size and small variation in the particle size is produced in high production yield by using a combination of liquids that are brought into contact with each other so as to be reacted or solidified in a comparatively short time or by using three or more liquids, and to provide a microreactor. <P>SOLUTION: The method for producing the microstructure by using the microreactor including a main flow path and a plurality of subflow paths includes: a step of supplying a liquid to the main flow path; a step of supplying different liquids respectively to the plurality of subflow paths each having an outlet connected to the main flow path; and a step in which liquids to be supplied to the main flow path through the outlet of each of the plurality of subflow paths are supplied in a direction of substantially having an intersection point in a main fluid and brought into contact in laminar flow states. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、微小構造体の製造方法およびマイクロリアクターに関する。より詳細には、液体同士が接触により比較的短時間に反応・固化する様な液体の組み合わせや、3種類以上の液体を用いて微小構造体を製造する場合においても、所望の粒子径サイズで、かつ粒子径サイズのばらつきが小さい微小構造体を、歩留まり良く、製造する方法、および、そのような微小構造体を容易に製造することが可能なマイクロリアクターに関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a microstructure and a microreactor. More specifically, even in the case of manufacturing a microstructure using a combination of liquids such that liquids react and solidify in a relatively short time by contact, or using three or more types of liquids, the desired particle size size is maintained. In addition, the present invention relates to a method of manufacturing a microstructure having a small variation in particle size with a high yield, and a microreactor capable of easily manufacturing such a microstructure.

近年、マイクロリアクターやマイクロチャンネルを利用したマイクロ空間の化学反応による研究がさかんに行なわれている。マイクロリアクター及びマイクロチャンネルは、数マイクロメートルから数百マイクロメートルの微細流路を有する微小反応器の総称であり、(1)加熱、冷却速度が速い、(2)流れが層流である、(3)単位体積当りの表面積が大きい、(4)物質の拡散長が短いので反応が迅速に進行するなどの特徴があり、これらを活かして、従来にない高速、高選択性の反応系の構築が可能となっている。   In recent years, research on chemical reactions in microspaces using microreactors and microchannels has been extensively conducted. A microreactor and a microchannel are generic names of microreactors having microchannels of several micrometers to several hundreds of micrometers, (1) heating and cooling rates are fast, (2) the flow is laminar ( 3) The surface area per unit volume is large, and (4) The reaction proceeds rapidly because the diffusion length of the substance is short. Utilizing these features, a high-speed, highly selective reaction system that has never existed before can be constructed. Is possible.

マイクロリアクターによって合成される一例として、マイクロメーターオーダーの微粒子やマイクロカプセルは、インクジェットインクやトナー粒子、ディスプレー表示素子など2色ボールなどの色材粒子(色材カプセル)として、また、光拡散剤、ドラックデリバリーシステムや食品、蓄熱材、感圧紙などのマイクロカプセルなど多くの用途があるが、これらは粒子径ばらつきの少ない単分散なものが求められている。   As an example synthesized by a microreactor, micrometer-order microparticles and microcapsules are used as colorant particles (colorant capsules) such as two-color balls such as inkjet inks, toner particles, and display display elements, as well as light diffusing agents, There are many uses such as drug delivery systems, food, heat storage materials, and microcapsules such as pressure sensitive paper, but these are required to be monodispersed with little variation in particle diameter.

マイクロリアクターやマイクロチャンネルを用いた微粒子やマイクロカプセルの合成に関して、「特許文献1」には、微小構造体の製造方法およびマイクロリアクターに関する内容が記載されている。「非特許文献1」には、油中での粒子径57μmから220μmのアルギン酸カルシウムゲルの生成が記載されている。「特許文献2」には、マイクロチャンネルによって、電子ペーパー用の2色分相着色粒子の製造方法が記載されている。   Regarding the synthesis of microparticles and microcapsules using a microreactor or microchannel, “Patent Document 1” describes the manufacturing method of a microstructure and the content of the microreactor. “Non-patent document 1” describes the production of calcium alginate gel having a particle size of 57 μm to 220 μm in oil. “Patent Document 2” describes a method for producing two-color phase-separated colored particles for electronic paper using microchannels.

「特許文献1」には、第1の流路と第2の流路が3次元的に合流して合流流路を形成し、第1の流路における出口を端部とする少なくとも一部が第2の流路に包囲される構造のマイクロリアクターに関する内容と、第1の流路と第2の流路とが合流する地点で第1の液体と第2の液体とを層流状態で接触させて微小構造体を製造する方法が記載されている。しかしながら、第1の液体と第2の液体とがゲル化剤とゲル化開始剤などの様にお互いが接触すれば、短時間に反応・固化してしまう様な液体の組み合わせの場合には、第1の流路の出口で度々、反応固化した物質により流路閉塞気味になったり、甚だしい場合には流路閉塞に至ってしまう問題点があった。
また、3種類以上の液体を用いて微粒子を合成する場合には、特許文献1で用いられているマイクロリアクターでは対応できないという問題点があった。
In “Patent Document 1”, the first flow path and the second flow path are three-dimensionally merged to form a merge flow path, and at least a part having an outlet at the first flow path as an end portion is included. The first liquid and the second liquid are contacted in a laminar flow state at a point where the contents relating to the microreactor surrounded by the second flow path and the first flow path and the second flow path merge. And a method for manufacturing a microstructure is described. However, in the case of a combination of liquids that would react and solidify in a short time if the first liquid and the second liquid contact each other like a gelling agent and a gelation initiator, At the outlet of the first flow path, there is a problem that the flow path clogging is often caused by the reaction-solidified substance, or the flow path is closed in a severe case.
Further, when fine particles are synthesized using three or more kinds of liquids, there is a problem that the microreactor used in Patent Document 1 cannot be used.

「非特許文献1」には、アルギン酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液をマイクロノズルから別々に油中に押し出し、アルギン酸ナトリウム液滴と塩化カルシウム液滴が反応に寄与しない液体中である連続相流路を流れるうちに合一することにより、アルギン酸カルシウムゲルの生成することが記載されている。しかしながら、マイクロノズルから押し出された液滴群が、確実に1対1の液滴同士で合一しておらず、合一しないものや同種類の液滴が合一したりしており、ゲル粒子径変動係数が予想した様に小さくならないという問題点があった。   In “Non-patent Document 1”, a continuous phase flow path in which a sodium alginate aqueous solution and a calcium chloride aqueous solution are separately extruded from a micro nozzle into oil and the sodium alginate droplets and calcium chloride droplets do not contribute to the reaction is provided. It is described that a calcium alginate gel is formed by coalescence while flowing. However, the droplets pushed out from the micro nozzles are not surely united with one-to-one droplets, and those that do not coalesce or the same type of droplets coalesce. There was a problem that the particle size variation coefficient was not reduced as expected.

一方、「特許文献2」には、重合性樹脂成分を含有する2つの着色連続相を第1マイクロチャンネルにそれぞれ別々に導入し、2つの着色連続相を合流・移送し、第1マイクロチャンネル終端部から、第2マイクロチャンネルに流れる流動媒体の球状粒子化相内に着色連続相を順次吐出させて、第2マイクロチャンネルを移送させながら着色吐出物を順次球状化されながら、球状粒子化相中で重合硬化させる2色分相着色球状ポリマー粒子の製造方法が記載されている。しかしながら、2つの着色連続相が第1マイクロチャンネル移送中に、2色の成分が拡散によってその界面を移動する為に2色が混ざりあってしまい、特に2色分相着色球状ポリマー粒子の粒径が小さければ小さいほどその影響は顕著になってしまうという問題点があった。   On the other hand, in “Patent Document 2”, two colored continuous phases containing a polymerizable resin component are separately introduced into the first microchannel, the two colored continuous phases are joined and transferred, and the first microchannel is terminated. From the section, the colored continuous phase is sequentially discharged into the spherical particleized phase of the flowing medium flowing into the second microchannel, and the colored discharge is sequentially spheroidized while the second microchannel is being transferred, Describes a process for producing two-color phase-separated colored spherical polymer particles which are polymerized and cured by the method described above. However, while the two colored continuous phases are transported in the first microchannel, the two colors are mixed because the two color components move through the interface due to diffusion. There is a problem that the smaller the is, the more conspicuous the effect becomes.

特開2007−14936JP2007-14936 特開2004−197083JP2004 197083

杉浦慎治ら,「マイクロノズルアレイを用いたアルギン酸カルシウムビーズの粒径制御」, 化学工学シンポジウムシリーズ, Vol.79, Page42-45,(2006)Shinji Sugiura et al., “Particle Size Control of Calcium Alginate Beads Using a Micro Nozzle Array,” Chemical Engineering Symposium Series, Vol. 79, Page 42-45, (2006)

本発明は、上記の従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、複数の液体を接触させて所望の形状を有し、かつサイズのばらつきが小さい微小構造体を、歩留まりよく、かつ、簡便安価に形成する方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to form a microstructure having a desired shape by contacting a plurality of liquids and having a small size variation. It is an object of the present invention to provide a method for forming a body at a high yield and in a simple and inexpensive manner.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、メイン流路と複数のサブ流路とが合流する付近で複数のサブ流路液体同士をメイン流路液体中で層流状態で接触させることにより、液-液界面で瞬間的に物理的過程および/または化学的反応を起こさせることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have made a plurality of sub-channel liquids in a laminar flow state in the main channel liquid in the vicinity where the main channel and the plurality of sub-channels merge. It has been found that the above object can be achieved by bringing a physical process and / or chemical reaction instantaneously at the liquid-liquid interface by bringing them into contact with each other, and the present invention has been completed.

本発明の微小構造体の製造方法は、メイン流路と複数のサブ流路を備えたマイクロリアクターを用いて微小構造体を製造する方法において、
メインの流路に液体を供給する工程と;
メイン流路に出口を有する複数のサブ流路に異なる液体を供給する工程と;
複数のサブ流路の出口からメイン流路に供給される液体が、メイン流体中で実質上交点をもつ方向に供給され、層流状態で接触する工程;
を含むことを特徴とする微小構造体の製造方法。
The microstructure manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing a microstructure using a microreactor having a main channel and a plurality of sub channels.
Supplying liquid to the main flow path;
Supplying different liquids to a plurality of sub-channels having outlets in the main channel;
A step in which the liquid supplied from the outlets of the plurality of sub-channels to the main channel is supplied in a direction substantially having an intersection in the main fluid and contacts in a laminar flow state;
The manufacturing method of the microstructure characterized by including this.

好ましい実施形態においては、上記層流のレイノズル数は0.01〜200である。   In a preferred embodiment, the number of lay nozzles in the laminar flow is 0.01 to 200.

好ましい実施形態においては、上記複数のサブ流路液体の流量それぞれは、上記メイン流路液体の流量より小さい。   In a preferred embodiment, each of the flow rates of the plurality of sub-channel liquids is smaller than the flow rate of the main channel liquid.

好ましい実施形態においては、上記複数のサブ流路の液体は、不連続流体の個別の液滴状態又は液塊状態でそれぞれ接触させる。   In a preferred embodiment, the liquids in the plurality of sub-channels are respectively contacted in discrete droplets or liquid mass states of the discontinuous fluid.

好ましい実施形態においては、複数のサブ流路の原料液体は、実質的に同期させて脈動的または間欠的にメイン流路に供給される。   In a preferred embodiment, the raw liquids in the plurality of sub-channels are supplied to the main channel in a pulsating manner or intermittently in a substantially synchronized manner.

好ましい実施形態においては、上記メイン流路液体は、上記複数のサブ流路液体とは非相溶性の液体である。   In a preferred embodiment, the main channel liquid is an incompatible liquid with the plurality of sub channel liquids.

本発明の別の局面においては、マイクロリアクターが提供される。本発明のマイクロリアクターは、メイン流路と複数のサブ流路を備えたマイクロリアクターであって、
複数のサブ流路の出口が、メイン流路の側壁又は流路中になるように複数のサブ流路が設置され、かつ、複数のサブ流路の出口からの延長線がメイン流路内において実質上1点で交差するように複数のサブ流路が設置されていることを特徴とするマイクロリアクター。
In another aspect of the invention, a microreactor is provided. The microreactor of the present invention is a microreactor having a main flow path and a plurality of sub flow paths,
A plurality of sub-channels are installed so that the outlets of the plurality of sub-channels are in the side wall or the channel of the main channel, and the extension lines from the outlets of the plurality of sub-channels are in the main channel A microreactor characterized in that a plurality of sub-channels are installed so as to substantially intersect at one point.

好ましい実施形態においては、本発明のマイクロリアクターは、上記複数のサブ流路の出口の内径が、1μm〜500μmである。   In a preferred embodiment, in the microreactor of the present invention, the inner diameters of the outlets of the plurality of sub-channels are 1 μm to 500 μm.

好ましい実施形態においては、本発明のマイクロリアクターは、上記複数のサブ流路に上記複数の液体を脈動的に流すためのパルス発生手段が備える。   In a preferred embodiment, the microreactor of the present invention includes pulse generation means for causing the plurality of liquids to flow in a pulsating manner through the plurality of sub-channels.

好ましい実施形態においては、本発明のマイクロリアクターは、上記メイン流路中におけるメインの液体の流量と上記複数のサブ流路中における複数の液体の流量とを可変するための流量制御手段を備える。   In a preferred embodiment, the microreactor of the present invention includes a flow rate control means for varying the flow rate of the main liquid in the main flow path and the flow rates of the plurality of liquids in the plurality of sub flow paths.

本発明によるマイクロリアクターを用いて、微小構造体を製造させるとサブ流路液体を比較的流量の大きなメイン流路内の液体内で層流状態で接触させることにより、以下のような利点が得られる。:(1)複数のサブ流路に導入する液体の組み合わせが、ゲル化剤とゲル化開始剤の様にお互いが接触すれば、短時間に反応・固化してしまう様な液体の組み合わせで粒子を合成する場合などの様に、混合が進行すると不具合のある液体の組み合わせでも、比較的流量の大きなメイン流路内で初めて接触させるので、詰まりなどの不具合なく、目的の微小構造体を得ることができる;(2)微小空間における液―液界面での反応となるので、非常に安定で精密な反応が実現されるので、得られる微小構造体の均一性に極めて優れる;(3)3種類以上の液体を用いて微粒子を合成することが可能になる。(4)流路および導入液の供給形態、流量を変えることにより、所望のサイズと所望の組成の微小構造体を製造することが可能である;本発明で得られる微小構造体としては、例えば、球状微粒子、異形微粒子、マイクロカプセル、マイクロファイバー、マイクロロットなどが挙げられる。   When the microstructure is manufactured using the microreactor according to the present invention, the following advantages can be obtained by bringing the sub-channel liquid into contact with the liquid in the main channel having a relatively large flow rate in a laminar flow state. It is done. : (1) If the combination of liquids introduced into a plurality of sub-flow channels comes into contact with each other like a gelling agent and a gelation initiator, the particles are a combination of liquids that will react and solidify in a short time When mixing is in progress, as in the case of synthesizing liquids, even if there is a combination of liquids that are defective, contact is made for the first time in the main flow path with a relatively large flow rate, so that the target microstructure can be obtained without problems such as clogging. (2) Since it is a reaction at the liquid-liquid interface in a minute space, a very stable and precise reaction is realized, and the uniformity of the resulting microstructure is extremely excellent; (3) Three types Fine particles can be synthesized using the above liquid. (4) It is possible to manufacture a microstructure having a desired size and a desired composition by changing the flow path and the supply form and flow rate of the introduction liquid; examples of the microstructure obtained in the present invention include: , Spherical fine particles, irregular fine particles, microcapsules, microfibers, microlots and the like.

本発明の好ましい実施形態による製造方法に好ましく用いることができる装置(マイクロリアクター)100の流路方向に沿った概略断面図で、(b)は合流部の断面図である。It is a schematic sectional drawing along the flow-path direction of the apparatus (microreactor) 100 which can be preferably used for the manufacturing method by preferable embodiment of this invention, (b) is sectional drawing of a confluence | merging part. (a)は装置100の上方から見た概略図であり、(b)は図2(a)の合流部付近の部分拡大図である。(A) is the schematic seen from the upper direction of the apparatus 100, (b) is the elements on larger scale of the confluence | merging part vicinity of Fig.2 (a). 本発明のマイクロリアクターによって微粒子を製造する場合の好ましい実施形態を示す図2(a)の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of Drawing 2 (a) showing a preferred embodiment in the case of producing fine particles with the microreactor of the present invention. 本発明のマイクロリアクターにおけるパルス発生手段の好ましい実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows preferable embodiment of the pulse generation means in the microreactor of this invention. 本発明の実施例2で得られたアルギン酸カルシウム粒子の観察写真である。4 is an observation photograph of calcium alginate particles obtained in Example 2 of the present invention. 本発明の実施例4のビデオカメラ撮影によるアクリル系ツイストボールの形成過程を示す。10 shows a process for forming an acrylic twist ball by photographing with a video camera of Example 4 of the present invention.

以下、本発明の好ましい実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
まず、本発明のマイクロリアクターのより好ましい実施の形態を図面によって説明する。
図1(a)は、本発明の好ましい実施形態による製造方法に好ましく用いることができる装置(マイクロリアクター)100の流路方向に沿った概略断面図であり、図1(b)はメイン流路とサブ流路の合流部の断面図である。図2(a)は装置100の上方から見た概略図であり、(b)は図2(a)の合流部付近の拡大図である。10のメイン流路が20の2つのサブ流路の出口部分を包囲しており、メイン流路がサブ流路と3次元的に31の合流点で合流し、30の合流流路に続いている。図3は、本発明のマイクロリアクターによって微粒子を製造する場合の好ましい実施形態を示す図2(a)の部分拡大図である。2つのサブ流路からメイン流路に出てきた40の液滴又は液塊が合流後のメイン流路中の液体中で衝突し、41の液滴又は液塊の合一となっている。
Hereinafter, although preferable embodiment of this invention is described, this invention is not limited to these embodiment.
First, a more preferred embodiment of the microreactor of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a device (microreactor) 100 that can be preferably used in a manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention along the flow direction, and FIG. It is sectional drawing of the merge part of a subchannel. FIG. 2A is a schematic view of the apparatus 100 as viewed from above, and FIG. 2B is an enlarged view of the vicinity of the merging portion in FIG. 10 main flow paths surround the outlet portions of 20 sub-flow paths, and the main flow path merges with the sub-flow paths in a three-dimensional manner at 31 merge points, followed by 30 merge flow paths. Yes. FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2 (a) showing a preferred embodiment in the case where fine particles are produced by the microreactor of the present invention. Forty droplets or liquid masses coming out from the two sub-channels into the main channel collide with each other in the liquid in the main channel after joining, and 41 droplets or liquid masses are united.

1つに実施形態においては、このリアクターの全長Lは、約30mm〜約60mmである。メイン流路の径(流路方向からみた断面形状が実質的に円形の場合)は、20μm〜1500μmであり、より好ましくは50μm〜1000μm、さらに好ましくは150μm〜750μmである。   In one embodiment, the total length L of the reactor is about 30 mm to about 60 mm. The diameter of the main channel (when the cross-sectional shape viewed from the channel direction is substantially circular) is 20 μm to 1500 μm, more preferably 50 μm to 1000 μm, and still more preferably 150 μm to 750 μm.

本発明のマイクロリアクターは、サブ流路の出口の内径が好ましくは1μm〜500μm、より好ましくは5μm〜300μm、さらに好ましくは10μm〜150μmである。流路出口の内径は小さい程、小さな液滴又は液塊となってメイン流路内の液体中に吐出され、より小さな粒子が合成され得るが、流路抵抗は流路径の4乗に反比例して大きくなり、圧力損出が大きな問題になってくる。サブ流路の出口の内径が上記範囲内にあることによって、圧力損失の問題を回避しつつ、市場の要望の粒子サイズを合成できる。また、サブ流路出口部分は光造形法にて製作しても良く、任意の適切な材料を嵌め込んだりインサートしたりして形成され得る。好ましくは、エポキシ樹脂、ステンレス、アルミナセラミックス、ニッケル、ガラス、SiO2などで形成され得る。   In the microreactor of the present invention, the inner diameter of the outlet of the sub flow channel is preferably 1 μm to 500 μm, more preferably 5 μm to 300 μm, and further preferably 10 μm to 150 μm. The smaller the inner diameter of the channel outlet, the smaller droplets or liquid lumps are discharged into the liquid in the main channel and smaller particles can be synthesized, but the channel resistance is inversely proportional to the fourth power of the channel diameter. The pressure loss becomes a big problem. When the inner diameter of the outlet of the sub-channel is within the above range, the desired particle size in the market can be synthesized while avoiding the problem of pressure loss. Further, the sub-channel outlet portion may be manufactured by stereolithography, and can be formed by inserting or inserting any appropriate material. Preferably, it can be formed of epoxy resin, stainless steel, alumina ceramics, nickel, glass, SiO2, or the like.

上記サブ流路出口の周壁は、任意の適切な表面処理が施され得る。サブ流路中の原料液体が親水性液体である場合には、好ましくは、撥水処理である。撥水処理に用いられる撥水剤としては、任意の適切な樹脂を含有する撥水剤が採用される。サブ流路中の原料液体が親油性液体である場合には、好ましくは親水剤である。   Any appropriate surface treatment can be applied to the peripheral wall of the sub-channel outlet. When the raw material liquid in the sub-channel is a hydrophilic liquid, water repellent treatment is preferable. As the water repellent used in the water repellent treatment, a water repellent containing any appropriate resin is employed. When the raw material liquid in the sub-channel is a lipophilic liquid, it is preferably a hydrophilic agent.

本発明のマイクロリアクターは、好ましくは、上記複数のサブ流路における出口からの延長線上に実質的に交点があり、その交点は合流後のメイン流路内(合流点の下流)に存在してなる。上記構成によれば、各サブ流路からメイン流路に出た液体同士が、空間的に確実に合流後のメイン流路内で接触・合一させることが可能となる。この場合、サブ流路からの液滴または液塊は実質的に大きさを持っており、その大きさも含めて液同士が接触・合一できる範囲であれば良い。また、サブ流路からメイン流路に出た液滴または液塊同士が接触・合一する際にできるだけ、混合させたくない場合には、合流点から接触点までの距離を離し、さらにサブ流路液体の流量を遅くし、衝撃を小さく接触させる。接触・合一する際にできるだけ、混合させたい場合には、合流点から接触点までの距離を近づけ、さらにサブ流路液体の流量を速くし、衝撃を大きく接触または衝突させる。   The microreactor of the present invention preferably has an intersection substantially on an extension line from the outlet in the plurality of sub-channels, and the intersection exists in the main channel after merging (downstream of the merging point). Become. According to the above configuration, the liquids that have come out of the sub flow paths to the main flow path can be contacted and united in the main flow path after being joined together in a spatially reliable manner. In this case, the droplet or liquid mass from the sub-channel has a substantial size, and it is sufficient that the liquid including the size can be contacted and united with each other. Also, if you do not want to mix as much as possible when the droplets or liquid masses coming out from the sub flow channel into the main flow channel make contact or coalescence, increase the distance from the confluence to the contact point and further Slow down the flow rate of the liquid and make the impact small. When mixing is desired as much as possible at the time of contacting and joining, the distance from the joining point to the contact point is made closer, the flow rate of the sub-channel liquid is increased, and the impact is brought into contact or collides greatly.

本発明のマイクロリアクターは、例えば、図4に示すように、サブ流路に液体を流脈動的に流すためのパルス発生手段50が設けられている。パルス発生手段50の位置は、サブ流路の途中であればどこでも良く、目的に応じて適宜設計され得る。複数のサブ流路のパルス状の圧力をかけるタイミングと時間を同期させることにより、複数のサブ流路出口からメイン流路に出てきた液滴又は液塊を時間的にタイミング良く接触させることが可能となる。また、パルス波形形状を制御することによって、得られる微小構造体の径や形を制御することが可能になる。パルス状圧力発生手段として、ジュピターコーポレーション製電磁バルブ(品番INKX0514100A)が挙げられる。シリンジポンプで圧力を加えた状態にてバルブ開閉をおこなうことにより、液体にパルス状の圧力を発生させることができる。バルブ開閉の周波数は好ましくは1〜1000Hzであり、より好ましくは1Hz〜50Hzである。   For example, as shown in FIG. 4, the microreactor of the present invention is provided with a pulse generating means 50 for causing a liquid to flow in a sub-flow path. The position of the pulse generating means 50 may be anywhere as long as it is in the middle of the sub flow path, and can be appropriately designed according to the purpose. By synchronizing the timing and time of applying the pulsed pressure in the plurality of sub-channels, the droplets or liquid masses coming out from the outlets of the plurality of sub-channels to the main channel can be contacted in a timely manner. It becomes possible. Further, by controlling the pulse waveform shape, the diameter and shape of the obtained microstructure can be controlled. An example of the pulse pressure generating means is an electromagnetic valve manufactured by Jupiter Corporation (part number INKX0514100A). By opening and closing the valve with pressure applied by a syringe pump, it is possible to generate pulsed pressure in the liquid. The frequency for opening and closing the valve is preferably 1 to 1000 Hz, more preferably 1 Hz to 50 Hz.

本発明のマイクロリアクターは、メイン流路10の液体の流量とサブ流路の液体の流量を可変するための流量制御手段を設けても良い。流量制御手段としては、例えば、シリンジポンプ、プランジャーポンプ、ギアポンプなどが挙げられる。好ましくはシリンジポンプである。流量制御手段を設けることにより、メイン流路10における液体の流量とサブ流路における液体の流量を可変できるため、得られる微小構造体の径を任意に制御することができる。   The microreactor of the present invention may be provided with a flow rate control means for varying the flow rate of the liquid in the main flow path 10 and the flow rate of the liquid in the sub flow path. Examples of the flow rate control means include a syringe pump, a plunger pump, and a gear pump. A syringe pump is preferable. By providing the flow rate control means, the liquid flow rate in the main flow channel 10 and the liquid flow rate in the sub flow channel can be varied, so that the diameter of the obtained microstructure can be arbitrarily controlled.

本発明のマイクロリアクターは、どのような方法で作製しても良いが、容易且つ正確に作製できる等の点で、光造形法により作製することが好ましい。光造形法とは、3次元CADデータで設計された立体像を2次元のスライスデータに変換し、このデータに基づいて、レーザーで一層ずつ光硬化性樹脂を硬化させていき、3次元に積層造形していく方法である。より具体的には、3次元CADデータで設計された立体像を、幾層もの薄い断面体にスライスして2次元のスライスデータに変換し、この2次元のスライスデータに基づいてレーザーがタンク内の光硬化性樹脂の表面を走査して断面形状を描いていく。レーザーが当たった部分は硬化し、エレベーター上に一層分の断面体が形成される。その後、エレベーターが一層分ずつ下降して、連続的に幾層もの薄い断面体を積層し、3次元に積層造形していく。最後にエレベーターを引き上げることで、3次元に積層造形されたモデルを取り出し、後処理を施して完成させる。光造形法に用いることができる光造形装置としては、例えば、株式会社ディーメック製の光造形装置(例えば、SCS−1000HDなど)が挙げられる。光造形法に用いることができる光硬化性樹脂としては、例えば、株式会社ディーメック製の光硬化性樹脂(例えば、JSR製オキセタン系のSCR950など)が挙げられる。レーザーとしては、例えば、He−Cdレーザー(ピーク波長=325nm)が挙げられる。レーザーのスポットサイズは、例えば、φ10〜100μmが好ましく、φ30〜70μmがより好ましい。硬化させて得られる樹脂一層分の厚みは、例えば、10〜50μmが好ましく、20〜40μmがより好ましい。   The microreactor of the present invention may be produced by any method, but it is preferably produced by an optical modeling method in that it can be produced easily and accurately. The stereolithography method converts a 3D image designed with 3D CAD data into 2D slice data, and based on this data, the photocurable resin is cured layer by layer with a laser and laminated in 3D. It is a method of modeling. More specifically, a three-dimensional image designed with three-dimensional CAD data is sliced into thin layers of several layers and converted into two-dimensional slice data. Based on this two-dimensional slice data, the laser is inside the tank. The cross-sectional shape is drawn by scanning the surface of the photocurable resin. The portion irradiated with the laser is cured, and a cross-section for one layer is formed on the elevator. After that, the elevator descends one layer at a time, and several thin cross-sectional bodies are continuously laminated and three-dimensionally layered. Finally, by lifting the elevator, a three-dimensional layered model is taken out and subjected to post-processing to be completed. As an optical modeling apparatus that can be used for the optical modeling method, for example, an optical modeling apparatus (for example, SCS-1000HD) manufactured by Deemec Co., Ltd. may be used. Examples of the photocurable resin that can be used in the optical modeling method include a photocurable resin manufactured by Deemec Co., Ltd. (for example, oxetane-based SCR950 manufactured by JSR, etc.). Examples of the laser include a He—Cd laser (peak wavelength = 325 nm). For example, the laser spot size is preferably φ10 to 100 μm, and more preferably φ30 to 70 μm. The thickness of one resin layer obtained by curing is preferably, for example, 10 to 50 μm, and more preferably 20 to 40 μm.

本発明の好ましい実施形態による微小構造体製造方法は、メイン流路10と複数のサブ流路20を備えたマイクロリアクターを用いて微小構造体を製造する方法において、メインの流路に液体を供給する工程と複数のサブ流路に異なる液体を供給する工程と
前記メイン流路と前記サブ流路の合流する付近において、前記複数のサブ流路に供給された液体を前記メインの液体中において層流状態で接触させる工程を含む。
本発明においては、上記の様な装置を用いることにより、メイン流路の液体およびサブ流路の液体はその合流点31および合流流路30で層流を形成し、複数のサブ流路液体をメイン流路液体中で接触させる。すなわち、本発明においては、複数のサブ流路の液体同士がメイン流路の液体中で、層流状態で接触する。サブ流路の液体は、目的に応じて適宜選択され得る。サブ流路の液体同士をメイン流路の液体中で層流状態で接触させることにより、サブ流路の出口部分の詰まりなどの不具合なく微小構造体を製造することが可能となる。
A method for manufacturing a microstructure according to a preferred embodiment of the present invention is a method for manufacturing a microstructure using a microreactor including a main channel 10 and a plurality of sub-channels 20, and supplying liquid to the main channel And a step of supplying different liquids to the plurality of sub-channels, and a layer of the liquid supplied to the plurality of sub-channels in the main liquid in the vicinity of the merge of the main channels and the sub-channels. A step of contacting in a flow state.
In the present invention, by using the apparatus as described above, the liquid in the main flow path and the liquid in the sub flow path form a laminar flow at the merge point 31 and the merge flow path 30, and a plurality of sub flow path liquids are formed. Contact in the main channel liquid. That is, in the present invention, the liquids in the plurality of sub-channels come into contact in a laminar flow state in the liquid in the main channel. The liquid in the sub channel can be appropriately selected according to the purpose. By bringing the liquids in the sub-channels into contact with each other in the liquid in the main channel in a laminar flow state, it is possible to manufacture a microstructure without problems such as clogging of the outlet portion of the sub-channels.

上記層流レイノルズ数は好ましくは0.01〜200であり、さらに好ましくは0.1〜50であり、特に好ましくは0.5〜20である。この様に非常に小さなレイノズル数であれば、非常に安定な層流空間でサブ流路の流量とメイン流路の流量を制御することにより、サブ流路からメイン流路に出てくる液滴又は液塊のサイズを任意に制御し、サブ流路から出てくる液滴又は液塊同士を確実に接触させることが可能となり、従って不具合なく微小構造体が製造され、製造される微小構造体が単分散でそのサイズが制御可能となる。   The laminar flow Reynolds number is preferably 0.01 to 200, more preferably 0.1 to 50, and particularly preferably 0.5 to 20. With such a very small number of lay nozzles, droplets that emerge from the sub-channel to the main channel can be controlled by controlling the flow rate of the sub-channel and the main channel in a very stable laminar flow space. Alternatively, the size of the liquid mass can be arbitrarily controlled, and the liquid droplets or the liquid mass coming out of the sub-flow path can be reliably brought into contact with each other. Is monodisperse and its size can be controlled.

好ましくは、上記複数のサブ流路の流量それぞれは、前記メイン流路の流量より小さい。上記の構成によれば、サブ流路からメイン流路に出てきた液体が互いに接触し、その接触した液体が、流量の大きいメイン流路液体がある為に、合流後のメイン流路の上下左右の壁に接触しにくく、壁による摩擦や微小構造体変形又は合一や流路閉塞などの悪影響を受けにくい。各流路サイズにもよるが、具体的にはメイン流路の流量は、好ましくは10μl/分〜1000μl/分であり、1つのサブ流路の流量は、好ましくは0.5μl/分〜50μl/分である。   Preferably, each of the flow rates of the plurality of sub flow channels is smaller than the flow rate of the main flow channel. According to the above configuration, the liquids that have come out of the sub flow channel to the main flow channel are in contact with each other, and since the contacted liquid has the main flow channel liquid with a large flow rate, It is difficult to contact the left and right walls, and is less susceptible to adverse effects such as wall friction, microstructure deformation, coalescence, and channel blockage. Although depending on the size of each channel, the flow rate of the main channel is preferably 10 μl / min to 1000 μl / min, and the flow rate of one sub-channel is preferably 0.5 μl / min to 50 μl. / Min.

好ましくは、上記複数のサブ流路の原料液体は、不連続流体の個別の液滴状態又は液塊状態でそれぞれ接触させる。上記の構成によれば、各サブ流路の原料液体が不連続体の個別の液滴状態又は液塊状態で接触させるので、各サブ流路の個別の液体同士を確実に所定比率で接触させることが可能となる。また、サブ流路液体が、メイン流路液体と非相溶性の液構成であれば、(例えば、メイン流路液体が油系溶媒、サブ流路液体が水系溶媒などの様に)接触後合一し、再び不連続体の液滴状態又は液塊状態になり、個別の液滴又は液塊という小さな空間の中での混合、反応が可能となる。   Preferably, the raw liquids in the plurality of sub-channels are brought into contact with each other in the form of discrete droplets or liquid masses of the discontinuous fluid. According to said structure, since the raw material liquid of each subchannel is made to contact in the discrete droplet state or liquid mass state of a discontinuous body, the individual liquids of each subchannel are reliably made to contact at a predetermined ratio. It becomes possible. Also, if the sub-channel liquid is incompatible with the main channel liquid (for example, the main channel liquid is an oil-based solvent, the sub-channel liquid is an aqueous solvent, etc.) after contact, On the other hand, it becomes a droplet or liquid mass of a discontinuous material again, and mixing and reaction are possible in a small space of individual droplets or liquid mass.

好ましくは、複数のサブ流路の原料液体は、実質的に同期させて脈動的または間欠的にメイン流路に供給される。上記の構成によれば、複数のサブ流路からメイン流路に出てくるそれぞれの液体の個別の液滴又は液塊のタイミングと間隔が同じであるので、液体同士を時間的に確実に接触、合一させることができる。厳密には、液滴または液塊はある大きさを持っているので、液滴または液塊同士が接触・合一可能な時間的ズレまでは許容できる。この場合、サブ流路の送液は必ずしも脈動的または間欠的でなくとも良く、例えば、サブ流路内の液体とメイン流路内の液体とが非相溶性の液構成であれば、サブ流路からメイン流路に出てくる液体は、界面張力により脈動的または間欠的になる。また、実質的に同期させる為には、各サブ流路の送液のタイミング(脈動送液や連続流送液であっても送液ポンプがモーターを使用していて微脈動を発生している場合など)を合わせる。また、サブ流路の流路抵抗、サブ流路の液体容量、サブ流路のダンピング容量、サブ流路出口の流路抵抗など液の応答時間が無視できない要因を考慮して、複数のサブ流路出口からメイン流路に出てくる液体が同期される様にポンプや脈動機構などの送液源の駆動信号を調節する。   Preferably, the raw material liquids in the plurality of sub flow paths are supplied to the main flow path in a pulsating or intermittent manner substantially in synchronization. According to the above configuration, since the timing and interval of the individual liquid droplets or liquid masses of the liquids coming out from the plurality of sub-channels to the main channel are the same, the liquids are reliably contacted in time. , Can be united. Strictly speaking, since the droplets or the liquid mass has a certain size, it is possible to allow a time shift in which the liquid droplets or the liquid mass can contact and merge with each other. In this case, the liquid flow in the sub flow path does not necessarily have to be pulsating or intermittent. For example, if the liquid in the sub flow path and the liquid in the main flow path are incompatible, the sub flow The liquid coming out of the channel into the main channel becomes pulsating or intermittent due to the interfacial tension. Moreover, in order to substantially synchronize, the timing of liquid feeding of each sub flow path (even if pulsating liquid feeding or continuous flow liquid feeding, the liquid feeding pump uses a motor to generate micro pulsation. Adjust the case). In addition, considering the factors that liquid response time cannot be ignored, such as the flow resistance of the sub flow path, the liquid capacity of the sub flow path, the damping capacity of the sub flow path, and the flow resistance of the sub flow path outlet, A drive signal of a liquid supply source such as a pump or a pulsation mechanism is adjusted so that the liquid coming out from the passage outlet to the main flow path is synchronized.

好ましくは、メイン流路液体は、前記複数のサブ流路液体とは非相溶性の液体である。
上記の構成によれば、複数のサブ流路よりメイン流路に出てくる液体は、界面張力により球形又は球形に近い形状の液滴となる。また、層流状態とメイン流からの全方位せん断力により、非常にサイズの揃ったいわゆる単分散の液滴となる。メイン流路液体とサブ流路液体の組み合わせが、相溶性の組み合わせの場合でも良く、この場合にはサブ流路出口形状に近い液塊となる。
また、各流の流速は、液滴又は液塊サイズを任意に制御でき、液滴又は液塊の混合状態も制御することができる。サブ流路の流速とメイン流路の流速比「メイン流速/サブ流速」が大きいとせん断力が相対的に大きく、液滴又は液塊が小さくなり、「メイン流速/サブ流速」が小さいと、せん断力が相対的に弱くなり、液滴又は液塊が大きくなる。混合状態については、「メイン流速/サブ流速」が大きいと液滴又は液塊の接触点が合流後の下流側にずれて、接触時の液滴又は液塊同士の衝撃が少なく、混合されにくいが、「メイン流速/サブ流速」が小さいと、接触時の速度が速くしかも接触点が合流直後であるので、接触時の液滴又は液塊同士の衝撃が大きく、混合されやすい。
Preferably, the main channel liquid is an incompatible liquid with the plurality of sub channel liquids.
According to the above configuration, the liquid that emerges from the plurality of sub-channels into the main channel becomes a droplet having a spherical shape or a shape close to a sphere due to the interfacial tension. Further, due to the omnidirectional shear force from the laminar flow state and the main flow, so-called monodispersed droplets having very uniform sizes are obtained. The combination of the main channel liquid and the sub channel liquid may be a compatible combination. In this case, a liquid mass close to the shape of the sub channel outlet is obtained.
Moreover, the flow velocity of each flow can arbitrarily control the droplet or liquid mass size, and can also control the mixing state of the liquid droplets or liquid mass. If the ratio of the flow rate of the sub flow channel to the flow rate of the main flow channel “main flow rate / sub flow rate” is large, the shear force is relatively large, the droplet or liquid mass is small, and if the “main flow rate / sub flow rate” is small, The shearing force becomes relatively weak, and the droplet or liquid mass becomes large. As for the mixing state, if the “main flow rate / sub flow rate” is large, the contact point of the droplets or liquid mass shifts to the downstream side after merging, and there is little impact between the droplets or liquid mass at the time of contact, and mixing is difficult. However, if the “main flow rate / sub flow rate” is small, the speed at the time of contact is high and the contact point is immediately after joining, so that the impact of the droplets or liquid masses at the time of contact is large and easy to be mixed.

本発明においては、メイン流路液体および各サブ流路液体の種類を適切に選択し、および/または、メイン流路の液体およびサブ流路の液体の流速を適切に選択し、および/または、適切な化学処理や表面処理をおこなうことにより、球形の微小構造体以外のもカプセル型微小構造体や多孔質の微小構造体を得ることができる。   In the present invention, the type of the main channel liquid and each sub channel liquid is appropriately selected, and / or the flow rate of the main channel liquid and the sub channel liquid is appropriately selected, and / or By performing an appropriate chemical treatment or surface treatment, a capsule microstructure or a porous microstructure other than the spherical microstructure can be obtained.

本発明におけるメイン流路液体とサブ流路液体の組み合わせ例として、例えば、1)メイン流路液体が植物性の親油性溶媒、一方のサブ流路液体がポリアニオン溶液、もう一方のサブ流路液体がポリカチオン溶液、2)メイン流路液体が植物性の親油性溶媒、一方のサブ流路液体がケイ酸ナトリウム水溶液と塩酸などのpH調製液、3)メイン流路液体が植物性親油性溶媒、一方のサブ流路液体が塩化金酸溶液、もう一方のサブ流路液体が還元剤などが挙げられる。1)の場合は高分子電解質反応を利用したマイクロカプセル合成の代表例で、2)の場合はゾル-ゲル反応を利用した無機粒子合成の代表例で、3)の場合は液相還元法を利用した貴金属粒子の合成の代表例である。   Examples of combinations of the main channel liquid and the sub channel liquid in the present invention include, for example, 1) the main channel liquid is a vegetable lipophilic solvent, one sub channel liquid is a polyanion solution, and the other sub channel liquid Is a polycation solution, 2) the main channel liquid is a vegetable lipophilic solvent, one sub-channel liquid is a pH adjusting solution such as an aqueous solution of sodium silicate and hydrochloric acid, and 3) the main channel liquid is a vegetable lipophilic solvent. One sub-channel liquid includes a chloroauric acid solution, and the other sub-channel liquid includes a reducing agent. The case of 1) is a typical example of microcapsule synthesis utilizing a polyelectrolyte reaction, the case of 2) is a typical example of inorganic particle synthesis utilizing a sol-gel reaction, and the case of 3) is a liquid phase reduction method. This is a representative example of synthesis of precious metal particles used.

以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、各実施例で得られた粒子の粒子径およびCV値は、以下の示す方法で測定した。
粒子径およびCV
得られた粒子を顕微鏡(キーエンス製)で観察して測長した。
粘度
振動式粘度計(VISCOMATE VM-1G)により測定した。
接触角
接触角計(DM-500、協和科学製)により測定した。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples. The particle diameter and CV value of the particles obtained in each example were measured by the following methods.
Particle size and CV
The obtained particles were observed with a microscope (manufactured by Keyence) and measured for length.
It was measured with a viscosity vibration viscometer (VISCOMATE VM-1G).
The contact angle was measured with a contact angle meter (DM-500, manufactured by Kyowa Kagaku).

図1〜3 に示すマイクロリアクターについて、光造形装置(株式会社ディーメック製、商品名:SCS−1000HD)を用い、3次元CADデータで設計された立体像
を、幾層もの薄い断面体にスライスして2次元のスライスデータに変換した。タンク内に光硬化性樹脂(株式会社JSR製、商品名:SCR950オキセタン系)とエ
レベーターを入れ、この2次元のスライスデータに基づいてレーザー(He−Cdレーザー、ピーク波長=325nm)をタンク内の光硬化性樹脂の表面に走査 させ、断面形状を描いていった。レーザーのスポットサイズはφ50μm、レーザースキャンピッチはφ30μmであった。レーザーが当たった部分は硬化し、エレベーター上に一層分の断面体(樹脂
一層分の厚み=30μm)が形成された。その後、エレベーターが一層分ずつ下降して、連続的に幾層もの薄い断面体を積層し、3次元に積層造形していった。 最後にエレベーターを引き上げることで、3次元に積層造形されたモデルを取り出し、後処理を施して、図1〜3に示すマイクロリアクターを完成させた。
For the microreactor shown in Figs. 1 to 3, a stereo image designed with 3D CAD data is sliced into several thin cross-sections using an optical modeling device (trade name: SCS-1000HD, manufactured by DEMEC Co., Ltd.) And converted into two-dimensional slice data. A photo-curing resin (manufactured by JSR, trade name: SCR950 oxetane) and an elevator are placed in the tank, and a laser (He-Cd laser, peak wavelength = 325 nm) is placed in the tank based on the two-dimensional slice data. A cross-sectional shape was drawn by scanning the surface of the photocurable resin. The laser spot size was φ50 μm, and the laser scan pitch was φ30 μm. The portion irradiated with the laser was cured, and a cross section for one layer (thickness for one resin layer = 30 μm) was formed on the elevator. After that, the elevator descended one layer at a time, and several thin cross-sections were continuously laminated and three-dimensionally layered. Finally, by lifting the elevator, a three-dimensional layered model was taken out and post-processed to complete the microreactor shown in FIGS.

(アルギン酸ナトリウム水溶液の調製)
イオン交換水99gにアルギン酸ナトリウム1gを少量ずつ加えて撹拌し、1wt%のアルギン酸ナトリウム水溶液を調製した。得られたアルギン酸ナトリウム水溶液の粘度は54.3Pa・sであり、流路との接触角は71°であった。
(塩化カルシウム水溶液の調製)
イオン交換水99gに塩化カルシウム1gを少量ずつ加えて撹拌し1wt%(約0.1N)の塩化カルシウム水溶液を調製した。得られた塩化カルシウム水溶液の粘度は2.1Pa・sであり、流路との接触角は75°であった。
(アルギン酸ボールの合成)
マイクロリアクターの片方のサブ流路に上記で得られたアルギン酸ナトリウム水溶液を、もう片方のサブ流路に塩化カルシウム水溶液を、メイン流路に大豆油を流した。大豆油の粘度は55.7Pa・sであり、流路との接触角は、7.8°であった。サブ流路である第1の流路および第2の流路の出口の内径は共に50μmとし、メイン流路の内径は600μmとした。3種の液体は全てシリンジポンプを用いて整流で流し、アルギン酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液の流量を共に8.3μl/分(流速70.6mm/秒)とし、大豆油の流量を100μl/分(流速5.9mm/秒)として、サブ流路とメイン流路との流量比を1:6(流速比を12:1)とした。合流点付近でアルギン酸ナトリウム水溶液の液滴と塩化カルシウム水溶液の液滴が接触して合一・反応し、アルギン酸カルシウム粒子を得た。得られたアルギン酸カルシウム粒子の平均径は105.5μmで変動係数(CV)は、3.7%であった。
(Preparation of sodium alginate aqueous solution)
1 g of sodium alginate was added little by little to 99 g of ion-exchanged water and stirred to prepare a 1 wt% aqueous sodium alginate solution. The viscosity of the obtained aqueous sodium alginate solution was 54.3 Pa · s, and the contact angle with the flow path was 71 °.
(Preparation of calcium chloride aqueous solution)
1 g of calcium chloride was added little by little to 99 g of ion-exchanged water and stirred to prepare a 1 wt% (about 0.1 N) calcium chloride aqueous solution. The obtained aqueous solution of calcium chloride had a viscosity of 2.1 Pa · s and a contact angle with the flow path of 75 °.
(Synthesis of alginate balls)
The aqueous sodium alginate solution obtained above was passed through one sub-channel of the microreactor, the aqueous calcium chloride solution was flowed through the other sub-channel, and soybean oil was flowed through the main channel. The viscosity of soybean oil was 55.7 Pa · s, and the contact angle with the flow path was 7.8 °. The inner diameters of the outlets of the first and second channels, which are sub-channels, were both 50 μm, and the inner diameter of the main channel was 600 μm. All three types of liquids were rectified using a syringe pump, the flow rates of both the sodium alginate aqueous solution and the calcium chloride aqueous solution were 8.3 μl / min (flow rate 70.6 mm / sec), and the soybean oil flow rate was 100 μl / min ( The flow rate ratio between the sub flow channel and the main flow channel was 1: 6 (flow rate ratio was 12: 1). Near the confluence, the droplets of the sodium alginate aqueous solution and the calcium chloride aqueous solution contacted and joined and reacted to obtain calcium alginate particles. The obtained calcium alginate particles had an average diameter of 105.5 μm and a coefficient of variation (CV) of 3.7%.

(アルギン酸ボールの合成)
アルギン酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液の流量を共に20.8μl/分(流速176.8mm/秒)とし、大豆油の流量を100μl/分(流速5.9mm/秒)として、サブ流路の第1および第2の流路とメイン流路との流量比を1:2.4(流速比を30:1)としたこと以外は実施例2と同様にしてアルギン酸カルシウム粒子を得た。得られたアルギン酸カルシウムの平均径は145.3μmで変動係数(CV)は、3.2%であった。
(Synthesis of alginate balls)
The flow rates of the sodium alginate aqueous solution and the calcium chloride aqueous solution are both 20.8 μl / min (flow rate 176.8 mm / sec), and the soybean oil flow rate is 100 μl / min (flow rate 5.9 mm / sec). In addition, calcium alginate particles were obtained in the same manner as in Example 2 except that the flow rate ratio between the second channel and the main channel was 1: 2.4 (flow rate ratio was 30: 1). The obtained calcium alginate had an average diameter of 145.3 μm and a coefficient of variation (CV) of 3.2%.

(熱硬化性アクリルモノマー液の調製)
ACMO(興人社製)100重量部に蒸留水100重量部を添加し、さらに熱重合開始剤2,2−アゾビス(2−メチルプロピオンアミド)ジヒドロクロリド(V−50)(Wako純薬社製)を3重量部、架橋剤エチレングリコールジグリシジルエーテル(東京化成社製)を10重量部添加して熱硬化性アクリルモノマー液を調製した。得られたモノマー液の粘度は3.58Pa・sであり、流路との接触角は50.3°であった。
得られたモノマー液にAllura Red(赤色40号)を2重量部添加することにより赤色モノマー液を、Acid Blue 9(青色1号)を2重量部添加することにより青色モノマー液をそれぞれ調製した。
(大豆油溶液の調製)
大豆油99gにソルビタンモノオレエート(Span80)を1g添加して撹拌し、大豆油溶液を調製した。得られた大豆油溶液の粘度は59.3Pa・sであり、流路との接触角は7.5°であった。
(アクリル系2色ボールの合成)
マイクロリアクターのサブ流路第1の流路に上記で調製した赤色モノマー液を、サブ流路第2の流路に青色モノマー液を、メイン流路に大豆油溶液をそれぞれ流した。サブ流路の第1の流路および第2の流路の出口の内径は50μmとし、メイン流路の内径は600μmとした。3種の液体は全てシリンジポンプを用いて整流的に流した。2色のモノマー液の流量を共に8.3μl/分(流速70.6mm/秒)とし、大豆油溶液の流量を100μl/分(流速5.9mm/秒)として、サブ流路第1および第2の流路とメイン流路との流量比を1:6(流速比を12:1)とした。3液の合流点で赤色と青色の液滴が接触し、ツイスト状の液滴を得た。この液滴をマイクロリアクターの出口で90℃に熱した上記で得られた大豆油溶液の入った容器に回収し、弱く撹拌しながら重合させ、アクリル系ツイストボールを得た。得られたアクリル系ツイストボールの平均径は168μmで変動係数は4.9%であった。
(Preparation of thermosetting acrylic monomer liquid)
100 parts by weight of distilled water is added to 100 parts by weight of ACMO (manufactured by Kojin Co., Ltd.), and thermal polymerization initiator 2,2-azobis (2-methylpropionamide) dihydrochloride (V-50) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 3 parts by weight and 10 parts by weight of a crosslinking agent ethylene glycol diglycidyl ether (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were added to prepare a thermosetting acrylic monomer liquid. The viscosity of the obtained monomer liquid was 3.58 Pa · s, and the contact angle with the flow path was 50.3 °.
A red monomer liquid was added by adding 2 parts by weight of Allura Red (red No. 40) to the obtained monomer liquid, and a blue monomer liquid was prepared by adding 2 parts by weight of Acid Blue 9 (blue No. 1).
(Preparation of soybean oil solution)
1 g of sorbitan monooleate (Span 80) was added to 99 g of soybean oil and stirred to prepare a soybean oil solution. The resulting soybean oil solution had a viscosity of 59.3 Pa · s and a contact angle with the flow path of 7.5 °.
(Synthesis of acrylic two-color balls)
The red monomer solution prepared above was passed through the sub-channel first channel of the microreactor, the blue monomer solution was flowed through the second channel of the sub-channel, and the soybean oil solution was flowed through the main channel. The inner diameter of the outlet of the first channel and the second channel of the sub-channel was 50 μm, and the inner diameter of the main channel was 600 μm. All three liquids were rectified using a syringe pump. The flow rates of the two color monomer liquids are both 8.3 μl / min (flow rate 70.6 mm / sec) and the soybean oil solution flow rate is 100 μl / min (flow rate 5.9 mm / sec). The flow rate ratio between the second flow channel and the main flow channel was 1: 6 (the flow rate ratio was 12: 1). The red and blue liquid droplets contacted at the junction of the three liquids to obtain twisted liquid droplets. The droplets were collected in a container containing the soybean oil solution obtained above heated to 90 ° C. at the outlet of the microreactor and polymerized with weak stirring to obtain an acrylic twist ball. The obtained acrylic twist ball had an average diameter of 168 μm and a coefficient of variation of 4.9%.

(アクリル系2色ボールの合成)
サブ流路の第1の流路および第2の流路の出口の内径は40μmとし、2色のモノマー液の流量を4.1μl/分(流速35.3mm/秒)とし、大豆油溶液の流量を400μl/分(流速23.6mm/秒)として、サブ流路第1および第2の流路とメイン流路との流量比を1:12(流速比を3:2)とした事以外は実施例3と同様にしてアクリル系ツイストボールを得た。得られたアクリル系ツイストボールの平均径は70.6μmで変動係数は6.2%であった。
(Synthesis of acrylic two-color balls)
The inner diameter of the outlet of the first channel and the second channel of the sub channel is 40 μm, the flow rate of the two color monomer liquids is 4.1 μl / min (flow rate 35.3 mm / s), and the soybean oil solution Other than setting the flow rate to 400 μl / min (flow rate 23.6 mm / second) and the flow rate ratio of the first and second flow channels to the main flow channel to 1:12 (flow rate ratio is 3: 2). Obtained an acrylic twist ball in the same manner as in Example 3. The resulting acrylic twisted ball had an average diameter of 70.6 μm and a coefficient of variation of 6.2%.

本発明の製造方法は、非常に安全であり、かつ、高精度であるので、各種の化学産業に広範囲に利用され得る。   Since the production method of the present invention is very safe and highly accurate, it can be widely used in various chemical industries.

100 マイクロリアクター
10 メイン流路
20 サブ流路
30 合流流路
31 合流点
40 サブ流路液の液滴又は液塊の接触・合一
50 パルス発生手段
101 メイン流路への供給口
102 サブ流路への供給口

DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Microreactor 10 Main flow path 20 Sub flow path 30 Merge flow path 31 Merge point 40 Sub flow path Liquid droplets or liquid mass contact / merging 50 Pulse generation means 101 Supply port 102 to main flow path Sub flow path Supply port to

Claims (10)

メイン流路と複数のサブ流路を備えたマイクロリアクターを用いて微小構造体を製造する方法において、メインの流路に液体を供給する工程と;
メイン流路に出口を有する複数のサブ流路に異なる液体を供給する工程と;
複数のサブ流路の出口からメイン流路に供給される液体が、メイン流体中で実質上交点をもつ方向に供給され、層流状態で接触する工程;
を含むことを特徴とする微小構造体の製造方法。
Supplying a liquid to the main flow path in a method of manufacturing a microstructure using a microreactor having a main flow path and a plurality of sub flow paths;
Supplying different liquids to a plurality of sub-channels having outlets in the main channel;
A step in which the liquid supplied from the outlets of the plurality of sub-channels to the main channel is supplied in a direction substantially having an intersection in the main fluid and contacts in a laminar flow state;
The manufacturing method of the microstructure characterized by including this.
前記層流のレイノルズ数が0.01〜200である、請求項1に記載の製造方法。   The manufacturing method of Claim 1 whose Reynolds number of the said laminar flow is 0.01-200. 前記複数のサブ流路液体の流量それぞれは、前記メイン流路液体の流量より小さい請求項1又は2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein each of the flow rates of the plurality of sub-channel liquids is smaller than the flow rate of the main channel liquid. 前記複数のサブ流路の液体は、不連続流体の個別の液滴状態又は液塊状態でそれぞれ接触させる、請求項1から3いずれかに記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the liquids in the plurality of sub-channels are brought into contact with each other in a discrete droplet state or a liquid mass state of the discontinuous fluid. 前記複数のサブ流路の液体は、実質的に同期させて脈動的または間欠的に前記メイン流路に供給される、請求項1から4のいずれかに記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the liquid in the plurality of sub-channels is supplied to the main channel in a pulsating manner or intermittently in a substantially synchronized manner. 前記メイン流路液体は、前記複数のサブ流路液体とは非相溶性液体である、請求項1から5のいずれかに記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the main channel liquid is an incompatible liquid with the plurality of sub channel liquids. メイン流路と複数のサブ流路を備えたマイクロリアクターであって、
複数のサブ流路の出口が、メイン流路の側壁又は流路中になるように複数のサブ流路が設置され、かつ、複数のサブ流路の出口からの延長線がメイン流路内において実質上1点で交差するように複数のサブ流路が設置されていることを特徴とするマイクロリアクター。
A microreactor having a main flow path and a plurality of sub flow paths,
A plurality of sub-channels are installed so that the outlets of the plurality of sub-channels are in the side wall or the channel of the main channel, and the extension lines from the outlets of the plurality of sub-channels are in the main channel A microreactor characterized in that a plurality of sub-channels are installed so as to substantially intersect at one point.
前記複数のサブ流路の出口の内径が、1μm〜500μmである、請求項7に記載のマイクロリアクター。   The microreactor according to claim 7, wherein an inner diameter of the outlet of each of the plurality of sub-channels is 1 μm to 500 μm. 前記複数のサブ流路に前記複数の液体を脈動的に流すためのパルス発生手段が備える、請求項7又は8に記載のマイクロリアクター。   The microreactor according to claim 7 or 8, comprising a pulse generation means for causing the plurality of liquids to flow in a pulsating manner through the plurality of sub-channels. 前記メイン流路中における液体の流量と前記複数のサブ流路中における複数の液体の流量を可変するための流量制御手段を備える、請求項7から9までのいずれかに記載のマイクロリアクター。

10. The microreactor according to claim 7, further comprising a flow rate control unit configured to vary a flow rate of the liquid in the main flow channel and a flow rate of the plurality of liquids in the plurality of sub flow channels.

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